土壤抗剪强度测量装置研制

摘要

滑坡作为一种常见的地质灾害，它对人类社会发展和经济建设的危害是世界性的。滑坡从本质上说是土发生剪切破坏，形成破坏面，随着破坏面逐渐扩大，连接成片后导致土体滑动。而土的抗剪强度是岩土体一项重要的物理性能指标，它取决于土壤的内粘聚力和内摩擦力，是反应滑坡灾害隐患点是否可能发生灾害的重要参数之一。结合地形地貌以及其他因素分析滑坡灾害隐患点的土体抗剪强度，可实现滑坡灾害的预报。因此测量土的抗剪强度对于滑坡隐患点的监测和预防具有重要意义。
　　本文首先介绍了几种国内外滑坡监测技术，再分析比较了国内外土的抗剪强度测量方法的发展现状，为了实现滑坡隐患点的现场监测，本文提出一种装置来实现现场测量土的抗剪强度。该装置由十字板、扭矩传感器、步进电机、单片机硬件电路等结构组成。测量时由单片机控制步进电机，步进电机带动十字板在土体中发生剪切，在与十字板同轴的扭矩传感器上测得与剪切力相关的扭矩信号，通过一系列转换电路将扭矩信号传送到单片机，由单片机进行数据处理后计算出土的抗剪强度，通过RS232通讯将数据上传给上位机。
　　最后通过对杭州地区的软粘土用非饱和土直接仪和本文设计的装置进行了抗剪强度测量实验，对比两者得到的数据并进行误差分析，结果表明本文设计的装置符合测量要求。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 滑坡监测技术

1.3 研究目的和意义

1.4 国内抗剪强度测量发展现状

1.5 本文的主要研究内容

1.6 本章小结

2 土壤抗剪强度测量装置

2.1 课题方案选择

2.2 扭矩测量装置

2.3 扭矩测量原理

2.4 动力装置选型

2.5 装置模型搭建

2.6 连接器的设计

2.7 支架设计

2.8 底座设计

2.9 安装箱设计

2.10 本章小结

3 扭矩测量系统硬件电路设计

3.1 总硬件电路框图

3.2 单片机最小系统

3.3 传感器电源模块电路设计

3.4 步进电机驱动电路

3.5 低通滤波电路

3.6 A/D转换电路

3.7 1602液晶显示模块

3.8 串口通讯电路

3.9 本章小结

4 扭矩测量系统软件设计

4.1 单片机软件平台

4.2 主程序设计

4.3 电机驱动程序设计

4.4 AD转换程序设计

4.5 液晶显示程序设计

4.6 串口通信程序设计

4.7 上位机界面设计

4.8 本章小结

5 实验与数据分析

5.1 实验装置介绍

5.2 十字板剪切试验

5.3 不同含水率的十字板剪切试验

5.4 土壤在不同正应力作用下的十字板剪切试验

5.5 直接剪切试验

5.6 实验误差分析

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

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